Файл: Скуба, В. Н. Исследование устойчивости горных выработок в условиях многолетней мерзлоты.pdf

висимостей между температурой пород, их влажностью и фи­ зико-механическими свойствами не установлено.

С понижением температуры горных пород кубиковая проч­ ность их увеличивается: при условии 0>!Ге^> минус 7° резуль­ таты лабораторных испытаний (рис. 1) удовлетворительно ап­ проксимируются кривыми, рассчитанными по предлагаемой

Изучение физико-механических свойств пород по образцам, отобранным в различных температурных зонах, позволило уста­ новить, что после приобретения образцами комнатной темпе­ ратуры пределы прочности их при wn< 6% имеют обычные для осадочных пород значения (табл. 4), при 6 % < ^ п^ 2 5 % угли и осадочные породы теряют прочность на 50—70% и очень

месторождений и эксплуатации горных выработок в области распространения многолетней мерзлоты необходимо исходить

8

Т а б л и ц а 4

из температурного состояния массива пород, в которых распо­ ложено полезное ископаемое, поскольку этим в значительной мере определяются прочностные свойства массива, его гидро­ геологическая характеристика и газовая обстановка. Примени­ тельно к угольным месторождениям нами выделяются три тем­ пературные зоны, специфические особенности каждой из кото­ рых существенно влияют на ведение горных работ и устойчи­ вость горных выработок:

1) зона многолетней мерзлоты — температура пород ниже

— 2,5°, наблюдается высокая устойчивость обнажений горных

пород выше —1,2°, определяется обычная для коренных оса­ дочных пород устойчивость обнажений, большой приток под­ земных вод с выделением метана в выработке.

§ 2. Анализ опыта крепления горных выработок

Крепление и поддержание горных выработок при подземной разработке месторождений каменного угля до настоящего времени является одним из трудоемких и дорогостоящих про-

9

цессов, совершенствование которого имеет первоочередную необходимость для повышения экономики угольной промыш­ ленности СССР (Гелескул, Усан-Подгорнов, 1961). Особое зна­ чение этот вопрос приобретает для шахт Крайнего Севера и Северо-Востока нашей страны, горные работы в которых ведутся в условиях многолетней мерзлоты и подмерзлотных горизон­ тов. Основным крепежным материалом здесь служит лес. Помимо высокой стоимости деревянная крепь к тому же не всегда обеспечивает эффективное поддержание горных выра­ боток в этих условиях. Выработки, закрепленные ею, тре­ буют ремонта, стоимость которого зачастую превышает сто­ имость первоначального возведения крепи.

с учетом состояния мерзлых пород и теплового режима шахт про­ водились Ю. Д. Дядькиным, А. Ф. Зильбербордом, Ю. А. Бу­ денным, Ю. В. Шуваловым, С. И. Шаховым, П. Д. Чабаном, В. И. Андриенко, С. А. Израителем, Л. А. Рабиновичем и др.

Практически все исследователи рассматривали влияние теплового режима шахт на устойчивость обнажений горных пород. Многие из них отмечают высокую устойчивость обна­ жений горных пород (Андреев, 1961; Андрушкевич, 1965; Войтковский, 1963; Зильберборд, 1963; Модестов, 1961; Радзиевский, 1946; Дядькин, Андрушкевич, Шувалов, 1965) при

позволяет в определенных условиях эксплуатировать подзем­ ные выработки без крепления и применять камерные и камер­ но-столбовые системы разработки.

Некоторые авторы (Андриенко, 1965; Дядькин, 1963; Зильберборд, 1960; Чабан, 1965) указывают на вредное влияние оттаивания пород и ухудшение в результате этого устойчи­ вости их обнажений при поступлении в шахту теплого воздуха летом или после подогрева его до положительных значений в хо­ лодное время года. На шахтах со знакопеременным тепловым режимом (зимой — отрицательным, летом — положительным) глубина оттаивания за летний период достигает 1,5 — 2 м. При положительном тепловом режиме шахты в течение всего календарного года наблюдается прогрессирующее оттаивание пород — ореол огтайки увеличивается. В выработках, закреп­ ленных деревянной рамной крепью, отмечаются случаи ее раз­ рушения и обрушения пород кровли на отдельных участках.

10

Как правило, это явление фиксировалось в воздухоподающих выработках на расстоянии 600—800 м от устья ствола.

В результате проведенных исследований разработаны от­ дельные рекомендации по выбору способов поддержания горных выработок и управлению горным давлением. Положено начало изучению особенностей поддержания горных выработок уголь­ ных шахт, которые в зоне многолетней мерзлоты в результате работы калориферов (например, шахты Норильского угленос­ ного района) имеют положительную температуру шахтной ат­ мосферы в течение всего года. Однако рекомендации практи­ ческого характера отсутствуют. Сложилось необоснованное мнение, что при положительном тепловом режиме угольных шахт эксплуатация выработок требует чрезвычайных затрат. Оно вытекает из констатации фактов увеличения объемов перекрепления горных выработок с деревянной крепью, что не всегда вызвано изменением теплового режима шахты.

Естественно, наличие воздуха с положительной темпера­ турой в выработках приводит к оттаиванию пород, усложняет поддержание их (главным образом в основных воздухоподаю­ щих выработках) и в то же время создает такие громадные преи­ мущества в ведении горных работ, что, по нашему мнению, вопрос поддержания горных выработок становится частным и должен решаться посредством выбора соответствующих данным горнотехническим условиям типов и параметров, крепи. Выбор их для поддержания горных выработок при разработке уголь­ ных месторождений в различных геокриологических зонах должен производиться па основе научно обоснованных данных, полученных в результате проведения комплексных исследо­ ваний.

Наряду с внедрением металлических и сборных железобе­ тонных крепей, которые вне всякого сомнения эффективны в этих условиях, одним из основных направлений совершенство­ вания крепления горных выработок является освоение и широ­ кое применение штанговой крепи для крепления подготови­ тельных выработок, предотвращения пученпя почвы, укрепле­ ния стенок выработок и т. д., которая обеспечивает лучшие условия для производства горных работ и существенные эко­ номические преимущества (Гелескул, 1958; Покровский, 1962). В настоящее время значительное количество шахт отечествен­ ной угольной промышленности успешно (Семевский и др., 1965) применяют ее в Донецком (Пяткин, 1960; Мельников, Линденау, 1959), Кузнецком, Кизеловском (Москвин, 1963), Кара­ гандинском и Печорском (Кичаев, Швейцар, 1961) бассейнах. Имеются отдельные сведения о применении штанговой крепи на шахтах Подмосковья (Рогинский, 1967), Ткварчели (Топалкороев, 1969), Забайкалья (Гужевников, 1962), Магадан­ ской области. Широкое распространение получила штанговая крепь на шахтах Норильского угленосного района (Скуба,

11